Titano, la più grande delle lune di Saturno, si nasconde dietro ad una spessa e nebbiosa atmosfera che per molto tempo gli astronomi avrebbero voluto togliere di mezzo per poter osservare più chiaramente la superficie, ma che adesso, grazie a Cassini, è rapidamente diventata una delle cose assolutamente più intriganti di questa luna. Si tratta infatti di uno degli ambienti chimici più complessi dell'intero sistema solare. La sua "fabbrica chimica" produce piogge di idrocarburi che cadendo sulla superficie ghiacciata di Titano creano laghi, fiumi e delta di metano ed etano liquido. Questi riescono a rimanere liquidi per via della temperatura bassissima, -170°C, che caratterizza questo mondo. Tuttavia, il più importante ingrediente di questa fabbrica chimica è il gas metano.
Il metano è una molecola fatta da un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno. Il fatto è che il metano non ha l'abitudine di durare molto dato che viene continuamente distrutto dalla luce solare e convertito in molecole più complesse e altre particelle. Così, nuove ricerche portate avanti da scienziati della NASA, stanno tentano di scoprire più o meno da quanto tempo è operativa questa fabbrica chimica. I primi risultati sono stati presentati in due diverse pubblicazioni rilasciate sull'Astrophysical Journal.
Queste indagini si sono basate su dati raccolti da due strumenti a bordo della navicella Cassini, della NASA e uno strumento a bordo del lander Huygens, della ESA, atterrato su Titano nel 2005. Una delle ricerche, portata avanti da u nteam con a capo Conor Nixon, dell'Università del Maryland, College Park, ha usato gli spettri infrarossi del metano, ottenuti dalla sonda Cassini, per stimare quanto metano "pesante", contenente isotopi rari, fosse presente nell'atmosfera di Titano.
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39,55 KBImmagine di Titano che mostra in dettaglio tutti gli strati della sua atmosfera, visti qui in maniera più evidenziata. L'osservazione è della sonda Cassini nel 2005, da circa 1.4 milioni di km da Titano. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute
Gli isotopi sono versioni di un elemento che hanno però una massa diversa. Per esempio, il Carbonio 13 è più pesante (e più raro) del Carbonio 12, che troviamo solitamente. Occasionalmente, un atomo di Carbonio-13 rimpiazza un atomo di Carbonio-12 in una molecola di metano. Dato che il metano fatto con il Carbonio-12 è leggermente più leggero, le reazioni chimiche che lo convertono in idrocarburi più complessi, avvengono un po' più velocemente. Questo significa che il metano a base C-12 viene usato un po' più velocemente rispetto al più pesante metano a base C-13, quindi la concentrazione di metano pesante nell'atmosfera di Titano aumenta lentamente.
Creando un preciso modello della distruzione e concentrazione dei cambiamenti nella quantità di metano pesante, nel tempo, gli scienziati sono riusciti a predire da quanto tempo è in funzione la fabbrica chimica di Titano.
"In base ai nostri assunti di base, l'età del metano risale a 1.6 miliardi di anni fa, o circa un terzo dell'età di Titano stesso" ha spiegato Nixon. "Tuttavia, se al metano è permesso scappare fuori dalla parte alta dell'atmosfera, nello spazio, come indicato da precedenti studi, l'età è molto più corta; forse anche solo 10 milioni di anni, se vogliamo essere compatibili con le osservazioni."

Ripresa radar dei laghi di metano liquido sulla superficie di Titano. Credit: NASA/JPL/SSI
Entrambi gli scenari proposti assumono che il metano è entrato nell'atmosfera in un'esplosione di fuori-uscita di gas, probabilmente causata dalla ristrutturazione dell'interno di Titano, man mano che gli elementi più pesanti sono sprofondati verso il centro e quelli più leggeri sono arrivati in superficie.
"Tuttavia, se il metano è stato continuamente rifornito da una qualche sorgente, allora i suoi isotopi sarebbero sempre "freschi" e non potremmo dedurre un'età usando il nostro modello." ha spiegato Nixon. Possibili sorgenti immaginate includono il ghiaccio di metano stesso, che è strutturato come una molecola di metano all'interno di una matrice di molecole di ghiaccio d'acqua. Il ghiaccio di metano si trova anche nelle profondità degli oceani terrestri, e alcuni scienziati pensano che sotto la superficie ghiacciata di Titano potrebbe esistere un'oceano di acqua liquida mista ad ammoniaca (che agisce per abbassare la temperatura a cui l'acqua ghiaccia. Se così fosse, il metano potrebbe essere rilasciato durante l'eruzione di alcuni "crio-vulcani" o geyser di acqua e ammoniaca, o più semplicemente potrebbe fuoriuscire da fratture nel ghiaccio della crosta.
La seconda pubblicazione sulla chimica di Titano è stata fatta da un team con a capo Kathleen Mandt, del Southwest Research Institute, San Antonio. Anche lei ed i suoi colleghi hanno lavorato per costruire dei modelli dell'evoluzione temporale del metano. In questo lavoro, la concentrazione del metano pesante è determinata in base alle misurazioni fatte dallo spettrometro di massa neutrale ed ionica a bordo di Cassini, che conta le molecole nell'atmosfera, in base alle loro masse. Le misurazioni fatte dallo spettrometro di massa a bordo del lander Huygens sono state usate per ottenere dei limiti più precisi riguardo all'impatto di fuga degli isotopi pesanti del metano, presenti in atmosfera.
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120,29 KBImmagine della superficie di Titano vista dal lander Huygens. Credit: NASA/ESA
Abbiamo calcolato che, anche se il metano fosse rifornito dall'interno nel tempo, per poter avere le quantità osservate nell'atmosfera, ne più e ne meno, questa "fabbrica chimica" dev'essere stata in funzione da massimo 1 miliardo di anni" ha spiegato Mandt. "Se il processo fosse iniziato prima, vedremmo un'eccesso di metano nei laghi sulla superficie, e nell'atmosfera, ben oltre quello che vediamo oggi."
Insieme queste due pubblicazioni aggiungono importantissime nuove prospettive e limiti riguardo alla storia dell'atmosfera ricca di metano di Titano, confermando che si tratta di un fenomeno sorto molto dopo la formazione di Titano stesso. Precedenti lavori, considerando l'evoluzione dell'interno di Titano, avevano previsto che l'ultima grande eruzione di metano dovrebbe essere avvenuta tra 350 milioni e 1.35 miliardi di anni fa, mentre il conteggio dei crateri sulla superficie ha stabilito che quest'ultima ha un'età tra 200 milioni e 1 miliardo di anni.
In altre parole, questo lavoro mostra per la prima volta che abbiamo a che fare con un mondo relativamente giovanissimo, e questo aumenta ancor di più il mistero riguardo alla sua evoluzione, facendo sorgere mille nuove domande.
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2012-116